CN115021379B - 一种充电电路和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请适用于电池充电芯片技术领域，提供一种充电电路和电子设备，充电电路包括反向阻断模块、电流检测模块、动态阻抗管理模块、动态阻抗控制模块及电压电流控制模块；通过在充电电路开始给电池充电之后，动态阻抗管理模块触发动态阻抗控制模块将反向阻断模块的阻抗调节为最小值；在电池进入恒压充电阶段之后，动态阻抗管理模块触发动态阻抗控制模块调节反向阻断模块的阻抗，以维持反向阻断模块的输入端和输出端之间的电压差不变，使得反向阻断模块的阻抗的调节比例等于负的电流设置端的电压变化量与预设电压阈值之间的比值，实现对反向阻断模块的阻抗的动态管理，从而提高CV阶段的电流检测精度。

Description

一种充电电路和电子设备

技术领域

本申请属于电池充电芯片技术领域，尤其涉及一种充电电路和电子设备。

背景技术

开关型电池充电芯片由于具备较高的充电效率，可以大大降低给电池充电时的功率损耗，因而在充电产品中得到广泛应用。目前的开关型充电产品通常会将开关电源（DC/DC转换器）部分的场效应管（Field Effect Transistors，FETs）集成到充电芯片内部，这样做的好处是可以大大减小系统的印制电路板（Printed Circuit Board，PCB）面积，因而在体积受限制的电子产品中，尤其是便携式电子产品中得到广泛应用。

充电芯片一般分为两类：一类是带路径管理(Power Path)的窄电压直流充电（Narrow Voltage Direct Current，NVDC）架构，另一类不带路径管理。带路径管理的充电芯片，在开关电源的输出端和充电端会有一个路径管理通路，从充电芯片的内部电路来看，路径管理是由背靠背的FETs组成，该FETs也被称为功率路径管理管（BATFET），BATFET会被用来检测充电电流以及管理充电电流和充电电压。不带路径管理的充电芯片，开关电源的输出端会直接和充电端连接，由于没有路径管理的BATFET，一般需要在充电路径上串联一个电流检测电阻用来检测充电电流。

电池充电一般分为4个阶段：涓流充电（trickle charge）阶段，预充电（Preconditioning，Pre-charge）阶段，恒定电流（大电流）充电（Constant Current，CC）阶段及恒定电压（小电流）充电（Constant Voltage，CV）阶段（又称Taper mode）。其中，CC和CV阶段最为关键，对电子设备来说，为了提升用户体验，需要缩短充电时间，因此需要尽可能提高CC阶段的充电电流，以最大程度的提升充电速度，缩短充电时间。在CC阶段，充电电流保持恒定，而电池电压随着电池容量的上升而增加。在电池快被充满时，电池电压会上升到其限制电压，此时，充电芯片需要将充电电压限制在限制电压以下，这就是CV阶段。在CV阶段，充电电压保持恒定，但充电电流逐渐降低。在CC阶段，由于充电电流很大，电流检测电阻需要流过较大的电流，导致热损耗较高，为了提高充电效率，需要选择阻抗较低的电流检测电阻。进入CV阶段之后，随着充电电流的降低，受限于充电芯片内部器件的固有性能（例如，运放的失调误差等），导致电流检测精度逐渐变差，对截止电流的检测精度通常只有±50%。在正常充电时，当充电电流减小到设定的截止电流时，充电芯片认为电池已经充满并结束充电。如果CV阶段的电流检测精度太差，会导致检测到的截止电流的正负偏差扩大，如果是向正向偏差较多，则会导致充电芯片提前结束充电，会有部分电池容量未能被利用起来，而如果是负向偏差较多，由于系统会消耗一定的电流，充电芯片会认为还未达到充电截止条件，这会导致充电无法终止，损害电池使用寿命。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种充电电路和电子设备，旨在解决现有的开关型电池充电芯片在CV阶段的电流检测精度差的问题。

本申请实施例的第一方面提供一种充电电路，包括反向阻断模块、电流检测模块、动态阻抗管理模块、动态阻抗控制模块及电压电流控制模块；

所述反向阻断模块的输入端与所述电流检测模块的第一输入端连接构成所述充电电路的电源端，所述反向阻断模块的输出端与所述电流检测模块的第二输入端和所述电压电流控制模块的第一输入端连接构成所述充电电路的漏极连接端，所述反向阻断模块的n个受控端分别与所述动态阻抗控制模块的n个控制端一一对应连接，n大于1；

所述电流检测模块的输入输出端与所述动态阻抗管理模块的第一输入端和所述动态阻抗控制模块的第一输入端连接构成所述充电电路的电流设置端，所述电流检测模块的输出端与所述电压电流控制模的第二输入端连接；

所述动态阻抗管理模块的第二输入端为所述充电电路的电压设置端且用于连接电流源，所述动态阻抗管理模块的第一输出端和第二输出端分别与所述动态阻抗控制模块的第二输入端和第三输入端一一对应连接；

所述动态阻抗控制模块的输出端与所述电压电流控制模块的第三输入端连接；

所述电压电流控制模块的第一输出端和第二输出端分别为所述充电电路的开关节点输出端和充电端；

所述充电电路的电源端、电压设置端、电流设置端及充电端分别用于与外部电源、电压设置电阻、电流设置电阻及电池的正极一一对应连接，所述电压设置端连接电压设置电阻时的电压等于预设电压阈值；

在所述充电电路开始给所述电池充电之后，所述动态阻抗管理模块触发所述动态阻抗控制模块将所述反向阻断模块的阻抗调节为最小值；

在所述电池进入恒压充电阶段之后，所述动态阻抗管理模块触发所述动态阻抗控制模块调节所述反向阻断模块的阻抗，以维持所述反向阻断模块的输入端和输出端之间的电压差不变；

其中，所述反向阻断模块的阻抗的调节比例等于负的所述电流设置端的电压变化量与所述预设电压阈值之间的比值。

在一个实施例中，所述电源端的电压和电流以及所述充电端的电压和电流之间的关系式为：

V_BAT×I_CHG=η×V_BUS×I_BUS

所述反向阻断模块的输入端和输出端之间的电压差的表达式为：

∆V=R_DSON×I_BUS

其中，V_BUS表示所述电源端的电压，I_BUS表示所述电源端的电流，η表示所述充电电路的充电效率，V_BAT表示所述充电端的电压，I_CHG表示所述充电端的电流，∆V表示所述反向阻断模块的输入端和输出端之间的电压差，R_DSON表示所述反向阻断模块的阻抗。

在一个实施例中，所述反向阻断模块包括n个场效应管；

所述n个场效应管的输入端连接构成所述反向阻断模块的输入端，所述n个场效应管的输出端连接构成所述反向阻断模块的输出端，所述n个场效应管的受控端分别为所述反向阻断模块的n个受控端；

在所述充电电路开始给所述电池充电之后，所述动态阻抗管理模块触发所述动态阻抗控制模块控制所述n个场效应管全部开启，以将所述反向阻断模块的阻抗调节为最小值；

在所述电池从恒流充电阶段进入恒压充电阶段之后，所述动态阻抗管理模块触发所述动态阻抗控制模块控制所述n个场效应管部分开启或关闭，以调节所述反向阻断模块的阻抗。

在一个实施例中，所述电流检测模块包括电流检测电阻单元、运放单元、开关单元及电流检测单元；

所述电流检测电阻单元的第一端为所述电流检测模块的第一输入端，所述电流检测电阻单元的第二端与所述运放单元的反相输入端和所述开关单元的输入端连接；

所述运放单元的同相输入端为所述电流检测模块的第二输入端，所述运放单元的输出端与所述开关单元的受控端连接；

所述开关单元的输出端与所述电流检测单元的输入端连接构成所述电流检测模块的输入输出端；

所述电流检测单元的输出端为所述电流检测模块的输出端；

在所述充电电路开始给所述电池充电之后，所述电流检测模块检测所述电流设置端的电流；

其中，所述电流设置端的电流等于所述反向阻断模块的输入端和输出端之间的电压差与所述运放单元的失调误差之和除以所述电流检测电阻单元的阻抗。

在一个实施例中，所述动态阻抗管理模块包括第一比较单元和动态阻抗管理单元；

所述第一比较单元的反相输入端为所述动态阻抗管理模块的第一输入端，所述第一比较单元的同相输入端与所述动态阻抗管理单元的第一输入端连接构成所述动态阻抗管理模块的第二输入端，所述第一比较单元的输出端与所述动态阻抗管理单元的第二输入端连接；

所述动态阻抗管理单元的第一输出端和第二输出端分别为所述动态阻抗管理模块的第一输出端和第二输出端；

在所述充电电路开始给所述电池充电之后，所述第一比较单元在所述电流设置端的电压低于所述预设电压阈值时，触发所述动态阻抗管理单元不输出参考电压；

在所述电池进入恒压充电阶段之后，所述第一比较单元在所述电流设置端的电压低于所述预设电压阈值时，触发所述动态阻抗管理单元根据所述电压设置端的电压分别输出第一参考电压至所述动态阻抗控制模块的第二输入端、输出第二参考电压至所述动态阻抗控制模块的第三输入端；

其中，所述第一参考电压等于所述预设电压阈值的1加1/n倍，所述第二参考电压等于所述预设电压阈值的1减1/n倍。

在一个实施例中，所述动态阻抗管理模块的串口总线端用于接入电压设置信号，以将所述电压设置端的电压设置为所述预设电压阈值。

在一个实施例中，所述动态阻抗控制模块包括第二比较单元、第三比较单元及动态阻抗控制单元；

所述第二比较单元的同相输入端与所述第三比较单元的反相输入端连接构成所述动态阻抗控制模块的第一输入端，所述第二比较单元的反相输入端为所述动态阻抗控制模块的第二输入端，所述第二比较单元的输出端与所述动态阻抗控制单元的第一输入端连接；

所述第三比较单元的同相输入端为所述动态阻抗控制模块的第三输入端，所述第三比较单元的输出端与所述动态阻抗控制单元的第二输入端连接；

所述动态阻抗控制单元的n个控制端和输出端分别为所述动态阻抗控制模块的n个控制端和输出端；

在所述充电电路开始给所述电池充电之后，所述第二比较单元和所述第三比较单元触发所述动态阻抗控制单元将所述反向阻断模块的阻抗调节为最小值；

在所述电池进入恒压充电阶段之后，所述第二比较单元触发所述动态阻抗控制单元调高所述反向阻断模块的阻抗，所述第三比较单元触发所述动态阻抗控制单元调低所述反向阻断模块的阻抗。

在一个实施例中，所述电压电流控制模块包括电压电流控制单元、高侧开关单元、低侧开关单元、分压电阻单元及第四比较单元；

所述电压电流控制单元的第一输入端和第二输入端分别为所述电压电流控制模块的第二输入端及第三输入端，所述电压电流控制单元的第一控制端和第二控制端分别与所述高侧开关单元的受控端和所述低侧开关单元的受控端一一对应连接，所述电压电流控制单元的第三输入端与所述第四比较单元的输出端连接；

所述高侧开关单元的输入端为所述电压电流控制模块的第一输入端，所述高侧开关单元的输出端与所述低侧开关单元的输入端连接构成所述电压电流控制模块的第一输出端；

所述低侧开关单元的输出端接地；

所述分压电阻单元的第一端为所述电压电流控制模块的第二输出端，所述分压电阻单元的第二端与所述第四比较单元的反相输入端连接，所述分压电阻单元的第三端接地；

所述第四比较单元的同相输入端用于接入参考电压。

在一个实施例中，所述电源端用于通过第一滤波单元接地；

所述漏极连接端用于通过第二滤波单元接地；

所述开关节点输出端用于通过第三滤波单元与所述电池的正极连接；

所述充电电路还包括温度感测端，所述温度感测端用于连接设置于所述电池的温度传感器。

本申请实施例的第二方面提供一种电子设备，包括电压设置电阻、电流设置电阻、电池及本申请实施例的第一方面提供的充电电路。

本申请实施例的第一方面提供的充电电路，包括反向阻断模块、电流检测模块、动态阻抗管理模块、动态阻抗控制模块及电压电流控制模块；通过在充电电路开始给电池充电之后，动态阻抗管理模块触发动态阻抗控制模块将反向阻断模块的阻抗调节为最小值；在电池进入恒压充电阶段之后，动态阻抗管理模块触发动态阻抗控制模块调节反向阻断模块的阻抗，以维持反向阻断模块的输入端和输出端之间的电压差不变，使得反向阻断模块的阻抗的调节比例等于负的电流设置端的电压变化量与预设电压阈值之间的比值，实现对反向阻断模块的阻抗的动态管理，从而提高CV阶段的电流检测精度。

可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的充电电路的基本结构示意图；

图2是本申请实施例提供的充电电路的电路原理示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

另外，在本发明说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本发明的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方法另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方法另外特别强调。术语“多个”及其变形都意味着“两个以上”。

如图1所示，本申请实施例一提供一种充电电路100，包括反向阻断模块1、电流检测模块2、动态阻抗管理模块3、动态阻抗控制模块4及电压电流控制模块5；

反向阻断模块1的输入端与电流检测模块2的第一输入端连接构成充电电路100的电源端VBUS，反向阻断模块1的输出端与电流检测模块2的第二输入端和电压电流控制模块5的第一输入端连接构成充电电路100的漏极连接端PMID（反向阻断模块和高侧开关单元的漏极连接端），反向阻断模块的n个受控端G1、G2、……、Gn分别与动态阻抗控制模块4的n个控制端一一对应连接，n大于1；

电流检测模块2的输入输出端与动态阻抗管理模块3的第一输入端和动态阻抗控制模块4的第一输入端连接构成充电电路100的电流设置端ISET，电流检测模块2的输出端与电压电流控制模5的第二输入端连接；

动态阻抗管理模块3的第二输入端为充电电路100的电压设置端ITAPER且用于连接电流源，动态阻抗管理模块3的第一输出端Vref1和第二输出端Vref2分别与动态阻抗控制模块4的第二输入端Vref1和第三输入端Vref2一一对应连接；

动态阻抗控制模块4的输出端与电压电流控制模块5的第三输入端连接；

电压电流控制模块5的第一输出端和第二输出端分别为充电电路100的开关节点输出端SW和充电端BAT；

充电电路100的电源端VBUS、电压设置端ITAPER、电流设置端ISET及充电端BAT分别用于与外部电源、电压设置电阻R_ITAPER、电流设置电阻R_ISET及电池200的正极一一对应连接，电压设置端ITAPER连接电压设置电阻R_ITAPER时的电压等于预设电压阈值V_TAPER。

基于图1所示的充电电路100的结构，充电电路100的工作原理为：

在充电电路100的电源端VBUS连接外部电源，开始通过充电端BAT给电池200充电之后，动态阻抗管理模块3触发动态阻抗控制模块4将反向阻断模块1的阻抗调节为最小值；

在电池200进入恒压充电阶段（ CV阶段）之后，动态阻抗管理模块3触发动态阻抗控制模块4调节反向阻断模块1的阻抗，以维持反向阻断模块1的输入端和输出端之间的电压差不变；

其中，反向阻断模块1的阻抗的调节比例等于负的电流设置端ISET的电压变化量与预设电压阈值V_TAPER之间的比值。

在应用中，充电电路为开关型电池充电电路，可以集成设置为开关型电池充电芯片。

在一个实施例中，充电电路的电源端的电压和电流以及充电端的电压和电流之间的关系式为：

V_BAT×I_CHG=η×V_BUS×I_BUS（公式一）

反向阻断模块的输入端和输出端之间的电压差的表达式为：

∆V=R_DSON×I_BUS（公式二）

其中，V_BUS表示电源端的电压，I_BUS表示电源端的电流，η表示充电电路的充电效率，V_BAT表示充电端的电压（也即电池电压），I_CHG表示充电端的电流（也即充电电流），∆V表示反向阻断模块的输入端和输出端之间的电压差，R_DSON表示反向阻断模块的阻抗。

在应用中，在CV阶段，电池电压V_BAT是一个固定值（例如，4.2V），充电效率在特定情况下也是一个固定值。根据公式一可以看出，流过反向阻断模块的电流I_BUS和充电电流I_CHG是一个固定的比例关系。因此，可以利用电流I_BUS来检测电池在CV阶段的充电电流I_CHG。由于在充电过程中，反向阻断模块处于完全导通状态，此时其阻抗R_DSON是一个固定值，因此通过检测反向阻断模块上的压降∆V，再通过欧姆定律（R=U/I）就可以计算出流过反向阻断模块的电流I_BUS，也即公式二。通过采用动态阻抗管理的方法，对反向阻断模块的阻抗R_DSON进行管理，可以提高CV阶段流过电流检测电阻R_SNS的电流I_SNS的检测精度。

如图2所示，在一个实施例中，反向阻断模块1包括n个场效应管Q1、Q2、……、Qn；

n个场效应管Q1~Qn的输入端连接构成反向阻断模块1的输入端，n个场效应管Q1~Qn的输出端连接构成反向阻断模块1的输出端，n个场效应管Q1~Qn的受控端分别为反向阻断模块1的n个受控端G1~Gn。

基于图2所示的充电电路100的结构，充电电路100的工作原理为：

在充电电路100的电源端VBUS连接外部电源，开始通过充电端BAT给电池200充电之后，动态阻抗管理模块3触发动态阻抗控制模块4控制n个场效应管Q1~Qn全部开启，以将反向阻断模块1的阻抗调节为最小值；

在电池200从恒流充电阶段（CC阶段）进入恒压充电阶段之后，动态阻抗管理模块3触发动态阻抗控制模块4控制n个场效应管Q1~Qn部分开启或关闭，以调节反向阻断模块1的阻抗。

在应用中，反向阻断模块可以通过并联在充电电路的电源端和漏极连接端之间的n个场效应管实现，每个场效应管都由动态阻抗控制模块独立控制。反向阻断模块的阻抗等于n个场效应管并联时的总阻抗。对于单个场效应管，其开启时的阻抗最小，关闭时的阻抗最大，因此，反向阻断模块的阻抗的最小值为n个场效应管全部开启时的阻抗，反向阻断模块的阻抗的最大值为n个场效应管全部关闭时的阻抗，动态阻抗管理模块通过触发动态阻抗控制模块控制n个场效应管部分开启或关闭，可以在最大值和最小值之间调节反向阻断模块的阻抗。

在应用中，场效应管可以是金属-氧化物半导体场效应管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET），具体可以是P型或N型场效应管。

图2中示例性的示出场效应管Q1~Qn是P型场效应管，P型场效应管的栅极、源极及漏极分别为其受控端、输出端及输入端。

在一个实施例中，电流检测模块包括电流检测电阻单元、运放单元、开关单元及电流检测单元；

电流检测电阻单元的第一端为电流检测模块的第一输入端，电流检测电阻单元的第二端与运放单元的反相输入端和开关单元的输入端连接；

运放单元的同相输入端为电流检测模块的第二输入端，运放单元的输出端与开关单元的受控端连接；

开关单元的输出端与电流检测单元的输入端连接构成电流检测模块的输入输出端；

电流检测单元的输出端为电流检测模块的输出端。

电流检测模块的工作原理为：

在充电电路的电源端连接外部电源，开始通过充电端给电池充电之后，电流检测模块检测电流设置端的电流I_SET；

其中，电流设置端的电流I_SET等于反向阻断模块的输入端和输出端之间的电压差∆V与运放单元的失调误差V_OS之和除以电流检测电阻单元的阻抗R_SNS。

在应用中，电流检测电阻单元可以通过串联在充电电路的电源端以及运放单元的反相输入端和开关单元的输入端的共接端之间的至少一个电阻实现。运放单元可以通过运算放大器实现。开关单元可以通过场效应管实现，场效应管可以是金属-氧化物半导体场效应管，具体可以是P型或N型场效应管。电流检测单元可以通过电流检测芯片实现。

图2中示例性的示出电流检测电阻单元包括电流检测电阻R_SNS，运放单元包括运算放大器A1，开关单元包括N型场效应管M1，N型场效应管M1的栅极、源极及漏极分别为开关单元的受控端、输出端及输入端，电流检测单元包括电流检测芯片B3，CS表示电流检测芯片B3的电流采样端的等效电流。

在应用中，根据运放单元的特性，理想情况下流过电流检测电阻R_SNS的电流I_SNS和用户设置的充电电流I_SET（也即电流设置端ISET的电流I_SET）之间的对应关系如下：

I_SNS=(∆V±V_OS)/R_SNS =I_SET（公式三）

其中，I_SNS表示流过电流检测电阻R_SNS的，∆V表示电流反向阻断模块的输入端和输出端之间的电压差，V_OS表示运放单元的失调误差，R_SNS表示电流检测电阻的阻抗，I_SET表示用户设置的充电电流。

在应用中，电流检测的误差主要是失调误差V_OS叠加在电压差∆V上造成的。可见，充电电流I_CHG的检测与控制精度，在很大程度上取决于失调误差V_OS和电压差∆V之间的关系，当失调误差V_OS相对于电压差∆V较小时，充电电流I_CHG的检测控制精度就相对较高；相反，当失调误差V_OS相对于电压差∆V较大时，充电电流I_CHG的检测控制精度就比较差。当充电电流I_CHG较大时，流过反向阻断模块的电流I_BUS也较大，由公式三可知此时电压差∆V也会很大，而失调误差V_OS基本是一个固定值，所以失调误差V_OS叠加在电压差∆V上的比例就较小，因此充电电流I_CHG的检测精度就较高。当充电电流I_CHG较小时，随着电压差∆V的减小，失调误差V_OS相对于电压差∆V的比例越来越大，电流检测误差越来越大，导致充电电流I_CHG的控制精度逐渐变差。

在应用中，在大电流（例如，5安培（A）以上）开关型电池充电芯片中，为了实现大电流充电，需要开关型电池充电芯片有极高的充电效率，因此内部功率FET（包括反向阻断场效应管（RBFET））的阻抗R_DSON必须很小（例如，10豪欧（mΩ）以下），根据公式二可知在CC阶段电压差∆V相对较大。但是在CV阶段，电流逐渐降低，例如，设定200毫安（mA）的充电截止电流I_TERM, 假设RBFET的R_DSON为10mΩ,那么电压差∆V只有2毫伏（mV）左右，考虑到一般运放单元（没有修调（trim）、没有斩波（chopper））的失调误差V_OS在几个mV左右，可见失调误差V_OS叠加在电压差∆V上的比例很大，因而充电电流I_CHG的检测精度会很差。

在应用中，本申请为了解决现有的开关型电池充电芯片在CV阶段的电流检测精度差的问题，提出的具有动态阻抗（也即反向阻断模块的阻抗R_DSON）管理功能的充电电路就是根据充电电流I_CHG的大小，动态的调整并联的n个场效应管的开启数量，即由动态阻抗管理模块触发所述动态阻抗控制模块对并联n个场效应管的栅极进行控制，来调整n个场效应管的开启数量，开启的场效应管的数量越多，阻抗R_DSON会越小。通常在大电流情况下，需要更小的阻抗R_DSON，因为小的阻抗R_DSON意味着小的功率损耗，反向阻断模块的功率损耗PD的计算公式如下：

PD=I_BUS×I_BUS×R_DSON（公式四）

其中，PD表示反向阻断模块的功率损耗，I_BUS表示流过反向阻断模块的电流，R_DSON表示反向阻断模块的阻抗。

在应用中，在CC阶段时，由于系统的整体功耗较大，因此要尽可能降低损耗，以避免开关型电池充电芯片因为温度过高而进入热保护状态，所以需要将反向阻断模块的n个场效应管全部开启。同时根据公式二，虽然此时阻抗R_DSON减小，但由于充电电流I_CHG较大，所以电压差∆V仍然很大，也就是说具备降低阻抗R_DSON的条件。同时，当充电电流I_CHG较小时，由于系统功耗很小，增大反向阻断模块的阻抗R_DSON带来的损耗并不会给开关型电池充电芯片的工作带来影响，因此可以增大反向阻断模块的阻抗R_DSON以维持较大的电压差∆V来实现较高的电流检测精度。

在一个实施例中，动态阻抗管理模块包括第一比较单元和动态阻抗管理单元；

第一比较单元的反相输入端为动态阻抗管理模块的第一输入端，第一比较单元的同相输入端与动态阻抗管理单元的第一输入端连接构成动态阻抗管理模块的第二输入端，第一比较单元的输出端与动态阻抗管理单元的第二输入端连接；

动态阻抗管理单元的第一输出端和第二输出端分别为动态阻抗管理模块的第一输出端和第二输出端。

动态阻抗管理模块的工作原理为：

在充电电路的电源端连接外部电源，开始通过充电端给电池充电之后，第一比较单元在电流设置端的电压低于预设电压阈值V_TAPER时，触发动态阻抗管理单元不输出参考电压V_ref1和V_ref2；

在电池进入恒压充电阶段之后，第一比较单元在电流设置端的电压低于预设电压阈值V_TAPER时，触发动态阻抗管理单元根据电压设置端的电压分别输出第一参考电压V_ref1至动态阻抗控制模块的第二输入端、输出第二参考电压V_ref2至动态阻抗控制模块的第三输入端；

其中，第一参考电压V_ref1等于预设电压阈值V_TAPER的1加1/n倍，第二参考电压V_ref2等于预设电压阈值V_TAPER的1减1/n倍。

在应用中，第一比较单元可以通过比较器实现，动态阻抗管理单元可以通过动态阻抗管理芯片实现。

图2中示例性的示出第一比较单元包括第一比较器A2，动态阻抗管理单元包括动态阻抗管理芯片B1。

如图2所示，在一个实施例中，动态阻抗管理模块3的串口总线端（也即动态阻抗管理单元/动态阻抗管理单元芯片的串口总线（例如，I2C总线）端）CLK和SDA用于接入电压设置信号，以将电压设置端的电压设置为预设电压阈值V_TAPER。

在应用中，预设电压阈值V_TAPER可以通过外接电压设置电阻来设置，也可以通过动态阻抗管理模块的串口总线端接入外部电压设置信号来设置，动态阻抗管理单元/动态阻抗管理单元芯片内部会在电压设置端产生一个恒定的电流源，当接入一个电压设置电阻时，可以在电压设置端产生一个固定的电压，该电压可以作为预设电压阈值V_TAPER。外部电压设置信号由用户通过电子设备的人机交互器件控制电子设备的处理器输出。

在一个实施例中，动态阻抗控制模块包括第二比较单元、第三比较单元及动态阻抗控制单元；

第二比较单元的同相输入端与第三比较单元的反相输入端连接构成动态阻抗控制模块的第一输入端，第二比较单元的反相输入端为动态阻抗控制模块的第二输入端，第二比较单元的输出端与动态阻抗控制单元的第一输入端连接；

第三比较单元的同相输入端为动态阻抗控制模块的第三输入端，第三比较单元的输出端与动态阻抗控制单元的第二输入端连接；

动态阻抗控制单元的n个控制端和输出端分别为动态阻抗控制模块的n个控制端和输出端。

动态阻抗控制模块的工作原理为：

在充电电路的电源端连接外部电源，开始通过充电端给电池充电之后，第二比较单元和第三比较单元触发动态阻抗控制单元将反向阻断模块的阻抗R_DSON调节为最小值；

在电池进入恒压充电阶段之后，第二比较单元触发动态阻抗控制单元调高反向阻断模块的阻抗R_DSON，第三比较单元触发动态阻抗控制单元调低反向阻断模块的阻抗R_DSON。

在应用中，第二比较单元和第三比较单元可以通过比较器实现，动态阻抗控制单元可以通过动态阻抗控制芯片实现。

图2中示例性的示出第二比较单元包括第二比较器A3，第三比较单元包括第三比较器A4，动态阻抗控制单元包括动态阻抗控制芯片B2。

在应用中，预设电压阈值V_TAPER将确定动态阻抗管理芯片进入动态阻抗管理的阈值，通过第一比较器，当检测到电流设置电阻（用户用来设置CC阶段的充电电流I_CHG）的电压大于设电压阈值V_TAPER时，动态阻抗管理芯片就进入动态阻抗管理模式。电流设置端的电压会随着充电电流I_CHG的降低而降低，当电流设置端的电压低于预设电压阈值V_TAPER时，就会触发动态阻抗管理芯片开启动态阻抗管理功能。通过设置预设电压阈值V_TAPER，使得用户可以根据实际需要设置进入动态阻抗管理时的触发条件，该触发条件为充电电流I_CHG降低到预设电流阈值，预设电流阈值可以根据实际需要进行设置，例如，1.5A。

在应用中，基于设定的预设电压阈值V_TAPER，动态阻抗管理芯片将产生两个参考电压V_ref1和V_ref2，其与预设电压阈值V_TAPER之间的关系如下：

V_ref1=（1+1/n）*V_TAPER

V_ref2=（1-1/n）*V_TAPER

其中，V_ref1表示第一参考电压，V_ref2表示第二参考电压，V_TAPER表示预设电压阈值。

在应用中，第一参考电压V_ref1和第二参考电压V_ref2分别作为第二比较器和第三比较器的一个输入电压，而电流设置端的电压将作为第二比较器和第三比较器的另一个输入电压。动态阻抗控制芯片将根据电流设置端的电压（等效为充电电流I_CHG）相对于第一参考电压V_ref1和第二参考电压V_ref2的大小动态地调整充电过程中反向阻断模块中每个场效应管的开关状态，从而动态地调整反向阻断模块的阻抗大小。

在一个实施例中，电压电流控制模块包括电压电流控制单元、高侧开关单元、低侧开关单元、分压电阻单元及第四比较单元；

电压电流控制单元的第一输入端和第二输入端分别为电压电流控制模块的第二输入端及第三输入端，电压电流控制单元的第一控制端和第二控制端分别与高侧开关单元的受控端和低侧开关单元的受控端一一对应连接，电压电流控制单元的第三输入端与第四比较单元的输出端连接；

高侧开关单元的输入端为电压电流控制模块的第一输入端，高侧开关单元的输出端与低侧开关单元的输入端连接构成电压电流控制模块的第一输出端；

低侧开关单元的输出端接地；

分压电阻单元的第一端为电压电流控制模块的第二输出端，分压电阻单元的第二端与第四比较单元的反相输入端连接，分压电阻单元的第三端接地；

第四比较单元的同相输入端用于接入参考电压V_ref。

在应用中，电压电流控制单元可以通过电压电流控制芯片实现。高侧开关单元和低侧开关单元可以通过场效应管实现，场效应管可以是金属-氧化物半导体场效应管，具体可以是P型或N型场效应管。分压电阻单元可以通过串联在充电电路的充电端和第四比较单元的反相输入端之间的至少一个电阻，以及串联第四比较单元的反相输入端和地之间的至少一个电阻实现。第四比较单元可以通过比较器实现。

图2中示例性的示出电压电流控制单元包括电压电流控制芯片B4，高侧开关单元包括P型场效应管M2，P型场效应管M2的栅极、源极及漏极分别为高侧开关单元的受控端、输出端及输入端，低侧开关单元包括P型场效应管M3，P型场效应管M3的栅极、源极及漏极分别为低侧开关单元的受控端、输出端及输入，分压电阻单元包括串联在充电端BAT和第四比较单元的反相输入端之间的第一分压电阻R_FBT和串联第四比较单元的反相输入端和地之间的第二分压电阻R_FBB，第四比较单元包括第四比较器A5。

如图2所示，在一个实施例中，电源端BUS用于通过第一滤波单元接地；

漏极连接端PMID用于通过第二滤波单元接地；

开关节点输出端SW用于通过第三滤波单元与电池的正极连接；

充电电路100还包括温度感测端TS及接地端GND，温度感测端TS用于连接设置于电池200的温度传感器。

在应用中，四个滤波单元可以通过电容，或者，电容与电阻或电感的组合实现，以构成纯电容滤波电路、LC滤波电路、LCL滤波电路、RC滤波电路或RCR滤波电路。电池可以是任意类型的可充电电池，由其所应用的电子设备的类型决定，例如，锂离子电池。温度传感器可以通过热电偶或热敏电阻实现。

如图2所示，示例性的示出第一滤波单元包括第一滤波电容C1，第二滤波单元第二滤波电容C2，第三滤波单元包括由第四电容C3和电感L1组成的LC滤波电路，温度传感器包括热敏电阻。

基于图1和图2所示的充电电路100的结构，充电电路100的具体工作原理为：

在充电电路100的电源端VBUS连接外部电源，开始通过充电端BAT给电池200充电之后，动态阻抗管理模块3触发动态阻抗控制模块4将反向阻断模块1的所有场效应管Q1~Qn全部开启，以将反向阻断模块1的阻抗R_DSON调节为最小值，从而减小损耗，同时由于电流较大，因此电流检测精度仍然很高；

从CC阶段进入CV阶段之后，由于充电电流I_CHG会逐渐下降，也即流过反向阻断模块1的电流I_BUS逐渐减小，因此反向阻断模块1的压降∆V逐渐降低，反应到电流设置端ISET上的电压逐渐降低，当电流设置端ISET的电压降低到预设电压阈值V_TAPER以下时，第一比较器A2会输出高电平信号至动态阻抗管理芯片B1，此时动态阻抗管理芯片B1将进入动态阻抗管理模式，对反向阻断模块1的阻抗进行动态管理；

随着充电电流I_CHG继续下降，电流设置端ISET上的电压也逐渐降低，电流设置端ISET的电压每次降低预设电压阈值V_TAPER的1/n时，第二比较器A3就会输出高电平信号至动态阻抗控制芯片B2，动态阻抗控制芯片B2就会控制反向阻断模块1的一个场效应管关闭，如此，充电电流I_CHG虽然降低了1/n，但是阻抗R_DSON增大了1/n，等效来看用于电流检测的压降∆V维持不变，此时，由于电流设置端ISET的电压升高，第二比较器A3的输出将由高电平信号变为低电平信号；

随着电池200逐渐满充，充电电流I_CHG逐步降低，当充电电流I_CHG降低到预设电压阈值V_TAPER对应的电流I_TAPER（也即电压设置端ITAPER的电流）的1/n时，第n-1个场效应管Qn-1也将被关闭，此时用于电流检测的压降∆V依然维持不变，在充电电流I_CHG很小时，依然可以维持较高的电流检测控制精度。动态阻抗控制芯片B2会反馈反向阻断模块1中场效应管的开启数量信息给动态阻抗管理芯片B4，用于做充电截止的判断；

在CV阶段进入动态阻抗管理之后，在反向阻断模块1中部分场效应管已经关闭的情况下，如果由于某种原因充电电流I_CHG增大，会导致电流设置端ISET的电压随之增大，当其在之前的基础上每次增大超过1/n时，第三比较器A4就会输出高电平信号至动态阻抗控制芯片B4，动态阻抗控制芯片B2就会控制反向阻断模块的一个场效应管开启，以降低阻抗R_DSON，维持压降∆V不变。

本申请实施例还提供一种电子设备，包括上述充电电路以及与充电电路连接的各种外围电路器件，例如，电压设置电阻、电流设置电阻、电池、滤波单元、处理器、人机交互器件等。

在应用中，电子设备可以是是手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本、个人数字助理（Personal Digital Assistant，PDA）、游戏机、可穿戴设备、增强现实（AugmentedReality，AR）/虚拟现实（Virtual Reality，VR）设备、超级移动个人计算机（Ultra-MobilePersonal Computer，UMPC）、个人计算机（Personal Computer，PC）等。

在应用中，电子设备的处理器可以是中央处理单元（Central Processing Unit，CPU），电子设备的处理器和充电电路中的各芯片都可以通过通用处理器、数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）、专用集成电路（Application Specific IntegratedCircuit，ASIC）、现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等来实现。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。

本申请所提供的电子设备通过采用具有动态阻抗管理功能的充电电路，可以提高充电精度、性能及效率，从而提高电子设备的性能。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种充电电路，其特征在于，包括反向阻断模块、电流检测模块、动态阻抗管理模块、动态阻抗控制模块及电压电流控制模块；

所述反向阻断模块的输入端与所述电流检测模块的第一输入端连接构成所述充电电路的电源端，所述反向阻断模块的输出端与所述电流检测模块的第二输入端和所述电压电流控制模块的第一输入端连接构成所述充电电路的漏极连接端，所述反向阻断模块的n个受控端分别与所述动态阻抗控制模块的n个控制端一一对应连接，n大于1；

所述电流检测模块的输入输出端与所述动态阻抗管理模块的第一输入端和所述动态阻抗控制模块的第一输入端连接构成所述充电电路的电流设置端，所述电流检测模块的输出端与所述电压电流控制模的第二输入端连接；

所述动态阻抗管理模块的第二输入端为所述充电电路的电压设置端且用于连接电流源，所述动态阻抗管理模块的第一输出端和第二输出端分别与所述动态阻抗控制模块的第二输入端和第三输入端一一对应连接；

所述动态阻抗控制模块的输出端与所述电压电流控制模块的第三输入端连接；

所述电压电流控制模块的第一输出端和第二输出端分别为所述充电电路的开关节点输出端和充电端；

所述充电电路的电源端、电压设置端、电流设置端及充电端分别用于与外部电源、电压设置电阻、电流设置电阻及电池的正极一一对应连接，所述电压设置端连接电压设置电阻时的电压等于预设电压阈值；

在所述充电电路开始给所述电池充电之后，所述动态阻抗管理模块触发所述动态阻抗控制模块将所述反向阻断模块的阻抗调节为最小值；

在所述电池进入恒压充电阶段之后，所述动态阻抗管理模块触发所述动态阻抗控制模块调节所述反向阻断模块的阻抗，以维持所述反向阻断模块的输入端和输出端之间的电压差不变；

其中，所述反向阻断模块的阻抗的调节比例等于负的所述电流设置端的电压变化量与所述预设电压阈值之间的比值。

2.如权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述电源端的电压和电流以及所述充电端的电压和电流之间的关系式为：

V_BAT×I_CHG=η×V_BUS×I_BUS

所述反向阻断模块的输入端和输出端之间的电压差的表达式为：

∆V=R_DSON×I_BUS

其中，V_BUS表示所述电源端的电压，I_BUS表示所述电源端的电流，η表示所述充电电路的充电效率，V_BAT表示所述充电端的电压，I_CHG表示所述充电端的电流，∆V表示所述反向阻断模块的输入端和输出端之间的电压差，R_DSON表示所述反向阻断模块的阻抗。

3.如权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述反向阻断模块包括n个场效应管；

所述n个场效应管的输入端连接构成所述反向阻断模块的输入端，所述n个场效应管的输出端连接构成所述反向阻断模块的输出端，所述n个场效应管的受控端分别为所述反向阻断模块的n个受控端；

在所述充电电路开始给所述电池充电之后，所述动态阻抗管理模块触发所述动态阻抗控制模块控制所述n个场效应管全部开启，以将所述反向阻断模块的阻抗调节为最小值；

在所述电池从恒流充电阶段进入恒压充电阶段之后，所述动态阻抗管理模块触发所述动态阻抗控制模块控制所述n个场效应管部分开启或关闭，以调节所述反向阻断模块的阻抗。

4.如权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述电流检测模块包括电流检测电阻单元、运放单元、开关单元及电流检测单元；

所述电流检测电阻单元的第一端为所述电流检测模块的第一输入端，所述电流检测电阻单元的第二端与所述运放单元的反相输入端和所述开关单元的输入端连接；

所述运放单元的同相输入端为所述电流检测模块的第二输入端，所述运放单元的输出端与所述开关单元的受控端连接；

所述开关单元的输出端与所述电流检测单元的输入端连接构成所述电流检测模块的输入输出端；

所述电流检测单元的输出端为所述电流检测模块的输出端；

在所述充电电路开始给所述电池充电之后，所述电流检测模块检测所述电流设置端的电流；

其中，所述电流设置端的电流等于所述反向阻断模块的输入端和输出端之间的电压差与所述运放单元的失调误差之和除以所述电流检测电阻单元的阻抗。

5.如权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述动态阻抗管理模块包括第一比较单元和动态阻抗管理单元；

所述第一比较单元的反相输入端为所述动态阻抗管理模块的第一输入端，所述第一比较单元的同相输入端与所述动态阻抗管理单元的第一输入端连接构成所述动态阻抗管理模块的第二输入端，所述第一比较单元的输出端与所述动态阻抗管理单元的第二输入端连接；

所述动态阻抗管理单元的第一输出端和第二输出端分别为所述动态阻抗管理模块的第一输出端和第二输出端；

在所述充电电路开始给所述电池充电之后，所述第一比较单元在所述电流设置端的电压低于所述预设电压阈值时，触发所述动态阻抗管理单元不输出参考电压；

在所述电池进入恒压充电阶段之后，所述第一比较单元在所述电流设置端的电压低于所述预设电压阈值时，触发所述动态阻抗管理单元根据所述电压设置端的电压分别输出第一参考电压至所述动态阻抗控制模块的第二输入端、输出第二参考电压至所述动态阻抗控制模块的第三输入端；

其中，所述第一参考电压等于所述预设电压阈值的1加1/n倍，所述第二参考电压等于所述预设电压阈值的1减1/n倍。

6.如权利要求1或5所述的充电电路，其特征在于，所述动态阻抗管理模块的串口总线端用于接入电压设置信号，以将所述电压设置端的电压设置为所述预设电压阈值。

7.如权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述动态阻抗控制模块包括第二比较单元、第三比较单元及动态阻抗控制单元；

所述第二比较单元的同相输入端与所述第三比较单元的反相输入端连接构成所述动态阻抗控制模块的第一输入端，所述第二比较单元的反相输入端为所述动态阻抗控制模块的第二输入端，所述第二比较单元的输出端与所述动态阻抗控制单元的第一输入端连接；

所述第三比较单元的同相输入端为所述动态阻抗控制模块的第三输入端，所述第三比较单元的输出端与所述动态阻抗控制单元的第二输入端连接；

所述动态阻抗控制单元的n个控制端和输出端分别为所述动态阻抗控制模块的n个控制端和输出端；

在所述充电电路开始给所述电池充电之后，所述第二比较单元和所述第三比较单元触发所述动态阻抗控制单元将所述反向阻断模块的阻抗调节为最小值；

在所述电池进入恒压充电阶段之后，所述第二比较单元触发所述动态阻抗控制单元调高所述反向阻断模块的阻抗，所述第三比较单元触发所述动态阻抗控制单元调低所述反向阻断模块的阻抗。

8.如权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述电压电流控制模块包括电压电流控制单元、高侧开关单元、低侧开关单元、分压电阻单元及第四比较单元；

所述电压电流控制单元的第一输入端和第二输入端分别为所述电压电流控制模块的第二输入端及第三输入端，所述电压电流控制单元的第一控制端和第二控制端分别与所述高侧开关单元的受控端和所述低侧开关单元的受控端一一对应连接，所述电压电流控制单元的第三输入端与所述第四比较单元的输出端连接；

所述高侧开关单元的输入端为所述电压电流控制模块的第一输入端，所述高侧开关单元的输出端与所述低侧开关单元的输入端连接构成所述电压电流控制模块的第一输出端；

所述低侧开关单元的输出端接地；

所述分压电阻单元的第一端为所述电压电流控制模块的第二输出端，所述分压电阻单元的第二端与所述第四比较单元的反相输入端连接，所述分压电阻单元的第三端接地；

所述第四比较单元的同相输入端用于接入参考电压。

9.如权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述电源端用于通过第一滤波单元接地；

所述漏极连接端用于通过第二滤波单元接地；

所述开关节点输出端用于通过第三滤波单元与所述电池的正极连接；

所述充电电路还包括温度感测端，所述温度感测端用于连接设置于所述电池的温度传感器。

10.一种电子设备，其特征在于，包括电压设置电阻、电流设置电阻、电池及如权利要求1至9任一项所述的充电电路。

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